Investigadores de la Universidad de Bucarest han desarrollado recientemente un modelo de composición para el enlace complejo de hardware y software. Su modelo, descrito en un artículo publicado previamente en arXiv, introduce la noción de un "organismo virtual" (VO) que reside en algún lugar entre agentes de hardware ligeramente reconfigurables y abstractos, agentes de software inteligentes y adaptables.

La relación entre una estructura y la función que ejecuta es un tema de interés en varios campos, incluyendo ciencias de la computación (hardware vs software), biología (órganos frente a función) y psicología (cuerpo frente a mente). Ciprian Paduraru y Gheorghe Stefanescu, los dos investigadores que llevaron a cabo el estudio reciente, se propuso investigar la relación entre hardware y software en la informática, particularmente en el contexto de la robótica, Hardware de IA, IoT y otros avances tecnológicos recientes.

"Las acciones de un cálculo secuencial se pueden controlar fácilmente, pero a menudo son difíciles de paralelizar, mientras que se distribuye de forma nativa, la aplicación paralela suele ser difícil de controlar, "Stefanescu le dijo a TechXplore." Para encontrar un robusto, entorno mixto, anteriormente introdujimos un modelo basado en la dualidad espacio-temporal (rv-IS) y un lenguaje de programación estructurado DSL (Agapia) ".

Agapia es un lenguaje específico de dominio (DSL) utilizado para programar sistemas interactivos, donde el flujo de datos y las estructuras de flujo de control se pueden mezclar libremente. Su compilador puede actualmente producir ejecuciones de computación de alto rendimiento (HPC), dentro de entornos MPI u OpenMP.

La semántica operativa de Agapia se describe mediante estructuras 2-D, con una dimensión para el tiempo y una dimensión para el espacio. Para afrontar eficazmente las limitaciones de espacio-tiempo, Paduraru y Stefanescu idearon una nueva forma de definir patrones 2-D regulares sobre palabras de formas arbitrarias. Esto les permitió ampliar su modelo, dándole más dimensiones para el espacio.

"Cuando le presenté el modelo a Gul Agha en la Universidad de Illinois Urbana Champaign en el verano de 2015, y le preguntó si pensaba que era un buen modelo para los agentes, señaló una característica que faltaba:adaptación, "Dijo Stefanescu." Más tarde, nos dimos cuenta de que la adaptación estructural se puede incluir fácilmente, permitir que el sistema cambie, en tiempo de ejecución, su estructura a otra estructura de una clase de patrones permitidos ".

Stefanescu y Paduraru esperan que una vez completado, su modelo permitirá un nuevo tipo de "lenguaje ensamblador" que une las aplicaciones distribuidas de software y hardware. Una de las contribuciones clave de su estudio es que introduce el concepto de "organismos virtuales, "que tienen una estructura que refleja las capacidades del hardware y ejecutan funciones de bajo nivel, implementación de los requisitos de software.

"Una clase de organismos virtuales 2-D (VO) se define mediante una combinación de especificaciones estructurales y funcionales, "Dijo Stefanescu." La información estructural es proporcionada por un patrón 2-D regular, describiendo las estructuras permitidas para la ubicación de los nodos de computación. Los nodos vecinos se comunican a través de sus interfaces compartidas. Los nodos con interfaces en el borde del VO externo aseguran la interacción con el medio ambiente. Es más, los nodos de la frontera exterior tienen un papel clave en el control de la composición espacial de las VO, permitiendo que los organismos virtuales se agreguen en organismos más grandes ".

A medida que evoluciona un VO, podría cambiar su estructura, agregar o eliminar nodos mediante reconfiguración, siempre que la nueva estructura sea de la misma clase que la actual. También se pueden especificar operadores explícitos de creación y eliminación. Las funcionalidades básicas soportadas por una clase específica de VO son implementadas por la red de nodos informáticos de VO. Estos incluyen funciones soportadas por los nodos y la comunicación habilitada por la estructura de la VO.

"Un programa de gestión controla qué funciones se ejecutan, dónde y cómo interfieren, "Stefanescu explicó." Entre las funcionalidades básicas admitidas, hay especiales dedicados a la adaptación:deciden si la reconfiguración, es necesaria la adición o eliminación de nodos, así como cuándo y cómo se realizan. Operadores de composición habituales, presente dentro del programa de gestión, en particular, especificar cómo agregar nuevas funcionalidades, o eliminar los antiguos ".

Cuando los VO se implementan en sistemas físicos, se pueden asignar más nodos virtuales en el mismo nodo físico. Esto permite la comunicación de igual a igual (P2P) entre los nodos de VO. Algunas funcionalidades existentes o nuevas podrían implementarse de manera más efectiva explotando esta comunicación directa entre nodos virtuales, mapeado en el mismo nodo físico.

"Creo que uno de los aspectos más importantes de nuestro estudio es cómo conectamos la estructura de un sistema y su lado funcional, "Paduraru dijo a TechXplore." Esto se puede aplicar en el futuro para muchas categorías de problemas, tanto para aquellos que necesitan interconexión de agentes físicos (por ejemplo, robots que trabajan juntos para hacer un camino), y agentes de software (por ejemplo, conectar piezas de software en la nube) ".

En su papel Paduraru y Stefanescu ilustraron específicamente sus ideas utilizando tres ejemplos de VO para la gestión del flujo:un organismo recolector de árboles, un organismo de células de alimentación y un organismo que consiste en una colección de organismos de células de alimentación conectados. Luego utilizaron un simulador de organismos recolectores de árboles (TC) para evaluar los beneficios de la reconfiguración.

Sus hallazgos sugieren que en entornos que cambian dinámicamente, Las estructuras reconfigurables son más eficientes que las estructuras fijas. Los investigadores también demostraron cómo su lenguaje DSL, Agapia, podría utilizarse para lograr implementaciones rápidas en simulaciones de VO.

"Ahora planeamos invertir más en soporte para programar tales modelos, crear más entornos de prueba listos para usar, combinar diferentes técnicas como el aprendizaje por refuerzo para crear políticas de optimización sin esfuerzo humano, y finalmente implementar los organismos virtuales en las aplicaciones del mundo real, "Dijo Paduraru.

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